Analytic estimation and numerical modeling of actively cooled thermal protection systems with nickel alloys

Actively cooled thermal protection system has great influence on the engine of a hypersonic vehicle, and it is significant to obtain the thermal and stress distribution in the system. So an analytic estimation and numerical modeling are performed in this paper to investigate the behavior of an actively cooled thermal protection system. The analytic estimation is based on the electric analogy method and finite element analysis（FEA） is applied to the numerical simulation. Temperature and stress distributions are obtained for the actively cooled channel walls with three kinds of nickel alloys with or with no thermal barrier coating（TBC）. The temperature of the channel wall with coating has no obvious difference from the one with no coating, but the stress with coating on the channel wall is much smaller than that with no coating. Inconel X-750 has the best characteristics among the three Ni-based materials due to its higher thermal conductivity, lower elasticity module and greater allowable stress. Analytic estimation and numerical modeling results are compared with each other and a reasonable agreement is obtained.     

热障涂层热应力影响因素的正交有限元分析

利用有限元分析方法,采用Walker粘塑性材料本构模型计算了喷涂于圆管型试件上的热障涂层在室温和高温环境下的热应力.使用试验中常用的正交设计分析方法,分析了热障涂层不同的结构和喷涂工艺中的4种因素在取不同的水平条件时对热障涂层热应力的影响.分析结果表明:对于所考察的危险点,4种因素对热障涂层中热应力的产生都有显著影响,其中以氧化层的厚度对其影响最为严重;4种因素随其各自水平的变化对涂层内部应力变化的影响规律不同.     

等离子热障涂层失效机理的数值分析研究

针对带等离子喷涂热障陶瓷涂层的圆筒金属基体结构在典型热循环载荷作用条件下的力学响应进行了数值计算,基于陶瓷层中的应力结果对陶瓷层剥落失效机理展开了分析.计算时对陶瓷层材料分别按理想线弹性本构和黏塑性本构模型开展了模拟.分析发现,陶瓷层的界面(横向)开裂存在两种模式:在降温过程中,陶瓷层容易出现界面波峰处的Ⅰ型开裂与腰部位置处的Ⅱ型开裂;在升温过程中,陶瓷层容易发生垂直开裂使结构中出现陶瓷层/基体的界面端,界面端部严重的应力集中效应使陶瓷层容易在该处横向开裂形成界面处的边裂纹.      

基体预热温度对ZrO2 涂层结合强度的影响

用等离子喷涂的方法在不同温度的45#钢基体上制备ZrO2涂层,通过涂层的结合实验、X射线衍射分析了基体温度与涂层结合强度之间的关系,发现当基体预热温度为250℃时涂层的结合强度最高,可达13.4 MPa;当预热温度高于350℃时,粘结层中的热生长氧化物明显增加,导致涂层的结合强度降低。     

基于热喷涂技术制备的热障涂层

着眼于热喷涂技术在热障涂层制备方面的研究现状,在分析热障涂层失效原因的基础上,介绍了等离子喷涂技术及冷喷涂技术和在热障涂层结合层和陶瓷层制备方面的研究进展。     

ECSS空间用涂层标准探讨

空间硬件结构广泛采用涂层方式来提高其所用基体材料的空间环境适应性,因而涂层的质量至关重要,需要对涂装工艺及涂层检验等过程进行标准化。文章详细介绍了ECSS空间用涂层标准在涂装准备、工艺过程、验收准则（含测试方法）、质量保证等方面的技术和管理要求,分析了ECSS空间用涂层标准的特点及对我国的借鉴意义。     

MoSi2 涂层高温抗氧化性能和微观组织

采用真空阴极电弧沉积工艺在铌钨合金喷管内、外表面和铌钨合金试样表面沉积了Mo层,采用真空包渗工艺使Mo层硅化生成MoSi2涂层。利用扫描电子显微镜、能谱、XRD、金相显微镜对Mo层和MoSi2涂层表面和断面微观形貌、结构进行了分析。分析表明:MoSi2涂层的相结构由外向内大致可分为外层(MoSi2)、中间层(NbSi2)和过渡层(Nb5Si3)。高温抗氧化试验结果表明:MoSi2涂层在大气环境下1 800℃的静态抗氧化性能达到了30 h,室温至1 700℃循环热震1 376次。考核热试车情况:发动机在温度1 450℃累计工作了415s,在1 610℃工作了100 s,涂层状况完好。     

卫星用热控涂层喷涂方式研究

热控涂层是保证卫星正常工作、延长卫星在轨工作寿命的重要温控手段。传统的喷涂方式虽能满足质量要求,但存在一定的问题。文章结合卫星常用热控涂层的性能和特殊性要求,首先分析了涂层与基底材料的热学性能、力学性能,进而对各种常用喷涂方式进行适用性试验研究,最终确定无气喷涂是较适用于卫星热控涂层的喷涂方式。     

低地球轨道航天器涂层防护技术研究进展

低地球轨道(LEO)环境极为复杂,紫外辐照、原子氧辐照、高能粒子辐照等因素并存,对航天器用有机材料提出苛刻要求。为满足长寿命安全飞行,必须对航天器特别是其上采用的有机材料进行防护。文章简述了LEO环境中各因素对航天器的影响,总结了航天器防护技术特别是涂层防护方案的研究进展,并指出了未来发展方向。     

TC11钛合金棒材和锻件的室温设计许用值计算

针对中-长寿命阶段热障涂层寿命预测精度与TGO(热生长氧化层)厚度测量方法分散性大和可执行性差的特点,基于数字图像处理(DIP)技术开发了一款用图形用户界面(GUI)程序,可以批量以及数字化地处理TGO层的形貌特征并且计算其厚度,满足航空发动机涂层结构件,如涡轮叶片热障涂层结构的更高精度和合理化的分析要求。通过和直接测量方法的结果对比表明:所发展的DIP方法避免了直接测量过程中的人为因素引进的分析误差因此更加合理。通过敏感性分析发现,热障涂层寿命对中-长寿命阶段时TGO厚度的变化敏感性极大,因此引进合理的TGO厚度量化技术可以提高该寿命阶段的涂层寿命预测精度,采用DIP技术得到的TGO厚度演化方程中的强化指数稳定在0.3,优于直接测量的数值(0.25~0.35)。